CN106183765A - 电动汽车用电力驱动及能量回收装置及其能量回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车用电力驱动及能量回收装置及其能量回收方法,其属于与电机连接控制机械能量领域,装置包括磁性齿轮、第一电机、第二电机,磁性齿轮中的转子与第一电机中的飞轮转子传动连接,第二电机中的第二定子嵌套在磁性齿轮中的外转子之外。本发明所提供的电动汽车用电力驱动及能量回收装置及其能量回收方法,装置中融入了飞轮储能结构,集成度高,能够同时实现驱动和储能的作用,在电动汽车启动加速时,飞轮体能够辅助提供动力。在制动时,该装置及其能量回收方法能够将回收的能量直接转化为飞轮体的动能,减少了能量损耗,有利于提高系统效率。
Description
技术领域
本发明涉及与电机连接控制机械能量领域,尤其涉及一种电动汽车用电力驱动及能量回收装置及其能量回收方法。
背景技术
环境和能源紧缺问题,促使新能源电动车得以快速发展。电动汽车自诞生以来,其续航能力是制约其推广应用的一个重要因素,因此备受关注。除了改进驱动方式以外,制动能量回收也是现代电动汽车和混合动力汽车的重要技术之一,据相关研究表明,在变化频繁的路况下,回收的制动能量可增加续航里程约20%。
目前,电动汽车驱动系统中制动能量回收多采用再生制动的方式,即将车辆的制动能量通过电机转化为电能,反馈到电动车内电池中,同时产生制动转矩。这种制动能量的回收方式,对电池的反复冲击较大,会严重缩短电池的使用寿命,同时采用电池储能的方式,会带来环境污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种融入了飞轮储能结构,集成度高,能够同时实现驱动和储能作用且减小对电池造成损害的电动汽车用电力驱动及能量回收装置和高效环保的能量回收方法。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一种电动汽车用电力驱动及能量回收装置包括:
磁性齿轮,其包括由内向外依次同轴嵌套设置的内转子、调磁环、外转子,所述内转子的外表面上固定有成对的第一永磁体;所述外转子的内表面固定有成对的第二永磁体,外表面固定有成对的第三永磁体;所述调磁环与电动汽车的驱动桥传动连接;
第一电机,其包括第一定子和置于该第一定子内且与其同轴设置的飞轮转子,该飞轮转子的外表面固定有成对的第四永磁体,而且该飞轮转子与所述内转子传动连接;所述第一定子上布置有第一电枢绕组,该第一电枢绕组通过第一控制器与电动汽车的电池相连;
第二电机,其包括嵌套在所述磁性齿轮中外转子之外且与该外转子同轴的第二定子,该第二定子上布置有与所述第三永磁体磁极对数相同的第二电枢绕组,该第二电枢绕组通过第二控制器与所述电池相连。
作为优选,所述电动汽车用电力驱动及能量回收装置还包括:
传动轴,其一端与所述内转子固定连接,另一端与所述飞轮转子固定连接,所述内转子、所述传动轴和所述飞轮转子同轴。
作为优选,所述内转子、所述调磁环、所述外转子和所述第二定子中相邻两者之间形成有气隙。
作为优选,所述飞轮转子和所述第一定子之间形成有气隙。
作为优选,所述内转子与所述第一永磁体之间、所述外转子与所述第二永磁体和所述第三永磁体之间、以及所述飞轮转子和所述第四永磁体之间均采用表贴方式固定。
上述任一项所述的电动汽车用电力驱动及能量回收装置,其能量回收方法如下:
电动汽车制动时,磁性齿轮中调磁环受到与车辆行驶时相反方向的转矩,此时,内转子和外转子上的转矩方向也反向,第二电机中第二电枢绕组产生感应电磁转矩平衡所述外转子的转矩,产生电能回馈到电动汽车电池中;第一控制器切断第一电机与所述电池的联系,在所述内转子的转矩作用下,飞轮转子转速逐渐增加,当超过极限转速时则通过第一控制器接通所述第一电机与所述电池,将制动能量转化为电能储存在所述电池中。
本发明所提供的电动汽车用电力驱动及能量回收装置及其能量回收方法,装置中融入了飞轮储能结构,集成度高,能够同时实现驱动和储能的作用,在电动汽车启动加速时,飞轮体能够辅助提供动力。在制动时,该装置及其能量回收方法能够将回收的能量直接转化为飞轮体的动能,减少了能量损耗,有利于提高系统效率。
附图说明
图1是本发明实施例所提供的电动汽车用电力驱动及能量回收装置的结构示意图;
图2是本发明实施例所提供的电动汽车用电力驱动及能量回收装置中第一电机的结构示意图;
图3是本发明实施例所提供的电动汽车用电力驱动及能量回收装置中磁性齿轮和第二电机装配后的结构示意图;
图4是装有本发明实施例所提供的电动汽车用电力驱动及能量回收装置的电动汽车在初次启动时传动流程及能量走向图;
图5是装有本发明实施例所提供的电动汽车用电力驱动及能量回收装置的电动汽车在制动时传动流程及能量走向图;
图6是装有本发明实施例所提供的电动汽车用电力驱动及能量回收装置的电动汽车在加速时传动流程及能量走向图。
图中:100-磁性齿轮、101-内转子、102-调磁环、103-外转子、104-第一永磁体、105-第二永磁体、106-第三永磁体、200-第一电机、201-第一定子、202-飞轮转子、203-第四永磁体、204-第一电枢绕组、300-第二电机、301-第二定子、302-第二电枢绕组、401-驱动桥、402-电池、501-第一控制器、502-第二控制器、601-传动轴、700-车轮。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示,一种电动汽车用电力驱动及能量回收装置包括磁性齿轮100、第一电机200和第二电机300。
如图1和图3所示,磁性齿轮100包括由内向外依次同轴嵌套设置的内转子101、调磁环102、外转子103,并且相邻两者之间形成有气隙。内转子101的外表面上固定有成对的第一永磁体104。外转子103的内表面固定有成对的第二永磁体105、外表面固定有成对的第三永磁体106(内外表面上的第二永磁体105和第三永磁体106的磁极对数可以相同亦可以不相同),外转子103内表面上的第二永磁体105作用于磁性齿轮100中,第二永磁体105与布置在内转子101外表面上的第一永磁体104,在调磁环102的作用下,能够相互作用,实现稳定的转矩传递。调磁环102与电动汽车的驱动桥401传动连接。
如图1和图2所示,第一电机200,其包括第一定子201和置于该第一定子201内且与其同轴设置的飞轮转子202,飞轮转子202和第一定子201之间形成有气隙。该飞轮转子202的外表面固定有成对的第四永磁体203,而且该飞轮转子202与内转子101传动连接。为了使结构更加紧凑,于是在本实施例中,飞轮转子202与内转子101通过传动轴601实现传动连接。传动轴601的一端与内转子101固定连接,另一端与飞轮转子202固定连接,内转子101、传动轴601和飞轮转子202同轴。内转子101与飞轮转子202连接,组成为飞轮体。如图2所示,第一定子201上布置有第一电枢绕组204。如图1所示,该第一电枢绕组204通过第一控制器501与电动汽车的电池402相连,实现电能和机械能的转换。
如图1和图3所示,第二电机300,其包括第二定子301,该第二定子301嵌套在磁性齿轮100中外转子103之外且与该外转子103同轴,并且外转子103和第二定子301之间形成有气隙,该外转子103作为第二电机300的转子使用,外转子103外表面上的第三永磁体106作用于该第二电机300。如图3所示,第二定子301上布置有与第三永磁体106磁极对数相同的第二电枢绕组302。如图1所示,该第二电枢绕组302通过第二控制器502与电池402相连,同样用于实现电能和机械能的转换。
在本实施例中,内转子101与第一永磁体104之间、外转子103与第二永磁体105和第三永磁体106之间、以及飞轮转子202和第四永磁体203之间均采用表贴方式固定,以便拆卸安装。
安装有上述混合装置的电动汽车,如图1所示,磁性齿轮在工作过程中,满足以下等式:
ω1+Grω2-(1+Gr)ω3=0 (1)
T1=T2/Gr (2)
T3=-T2(1+Gr)/Gr (3)
等式中,ω1、ω2和ω3分别代表内转子转速、外转子转速和调磁环转速;T1、T2和T3分别代表作用在内转子上的转矩、外转子上的转矩和作用在调磁环上的转矩;Gr为外转子内表面上第二永磁体极对数和内转子外表面上第一永磁体极对数之比。
如图1和图4所示,在车辆初次启动时,第一电机和第二电机同时工作在电动状态,共同驱动车辆加速。启动过程中,调动汽车中的电池通过第一控制器和第二控制器分别对第一电机和第二电机进行供电。在第一电机中,第一电枢绕组产生的旋转磁场与飞轮转子上的第四永磁体相互作用产生电磁转矩TeI,带动飞轮转子转动,同时内转子和飞轮转子还受到磁性齿轮作用转矩-T1。在第二电机中,第二电枢绕组产生的旋转磁场与外转子外表面的第三永磁体相互作用产生电磁转矩TeII,带动外转子转动。同时外转子还受到磁性齿轮的作用转矩-T2,并且由于内转子、外转子同属于磁性齿轮结构,所以在磁性齿轮的作用下,将转矩传递到调磁环上,调磁环则产生驱动转矩T3,再通过电动汽车的驱动桥启动车辆。
如图1和图5所示,电动汽车制动时,车轮在刹车的作用下受到一个与行驶方向相反的阻力转矩,即调磁环受到的转矩-T3的方向与此前相反。由磁性齿轮的约束作用,内转子和外转子上的转矩方向也会反向,与其各自转速的方向一致。在第二电机中,第二电枢绕组上将产生感应电磁转矩平衡外转子的转矩,进入发电状态,产生电能回馈到电池中。在第一电机中,通过第一控制器切断第一电机与电池的联系,在此时的内转子转矩作用下,飞轮体逐渐加速,若飞轮体转速超过极限转速ωmax,则接通第一电机与电池,将飞轮体维持在最大转速,同时将过量的制动能量转化为电能储存在电池中。
如图1和图6所示,车辆加速时,再次使第二电机进入电动状态,第二电枢绕组产生的旋转磁场与外转子外表面的第三永磁体相互作用产生电磁转矩带动外转子转动,同时作用在飞轮体(内转子和飞轮转子)上的反向内转矩将迫使飞轮体(内转子和飞轮转子)减速,在内、外转子共同作用下,调磁环再次受到正向驱动车辆的转矩。飞轮体的动能直接辅助车辆加速,减少了能量的传递转换环节,提高了效率。
本实施例所提供的电动汽车用电力驱动及能量回收装置,其融入了飞轮储能结构,集成度高,能够同时实现驱动和储能的作用,在电动汽车启动加速时,飞轮体能够辅助提供动力。在制动时,该装置及其能量回收方法能够将回收的能量直接转化为飞轮体的动能,减少了能量损耗,有利于提高系统效率。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种电动汽车用电力驱动及能量回收装置,其特征在于,包括:
磁性齿轮,其包括由内向外依次同轴嵌套设置的内转子、调磁环、外转子,所述内转子的外表面上固定有成对的第一永磁体;所述外转子的内表面固定有成对的第二永磁体,外表面固定有成对的第三永磁体;所述调磁环与电动汽车的驱动桥传动连接;
第一电机,其包括第一定子和置于该第一定子内且与其同轴设置的飞轮转子,该飞轮转子的外表面固定有成对的第四永磁体,而且该飞轮转子与所述内转子传动连接;所述第一定子上布置有第一电枢绕组,该第一电枢绕组通过第一控制器与电动汽车的电池相连;
第二电机,其包括嵌套在所述磁性齿轮中外转子之外且与该外转子同轴的第二定子,该第二定子上布置有与所述第三永磁体磁极对数相同的第二电枢绕组,该第二电枢绕组通过第二控制器与所述电池相连。
2.根据权利要求1所述的电动汽车用电力驱动及能量回收装置,其特征在于,还包括:
传动轴,其一端与所述内转子固定连接,另一端与所述飞轮转子固定连接,所述内转子、所述传动轴和所述飞轮转子同轴。
3.根据权利要求1所述的电动汽车用电力驱动及能量回收装置,其特征在于:所述内转子、所述调磁环、所述外转子和所述第二定子中相邻两者之间形成有气隙。
4.根据权利要求1所述的电动汽车用电力驱动及能量回收装置,其特征在于:所述飞轮转子和所述第一定子之间形成有气隙。
5.根据权利要求1所述的电动汽车用电力驱动及能量回收装置,其特征在于:所述内转子与所述第一永磁体之间、所述外转子与所述第二永磁体和所述第三永磁体之间、以及所述飞轮转子和所述第四永磁体之间均采用表贴方式固定。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电动汽车用电力驱动及能量回收装置,其能量回收方法如下:
电动汽车制动时,磁性齿轮中调磁环受到与车辆行驶时相反方向的转矩,此时,内转子和外转子上的转矩方向也反向,第二电机中第二电枢绕组产生感应电磁转矩平衡所述外转子的转矩,产生电能回馈到电动汽车电池中;第一控制器切断第一电机与所述电池的联系,在所述内转子的转矩作用下,当飞轮转子转速超过极限转速时则通过第一控制器接通所述第一电机与所述电池,将制动能量转化为电能储存在所述电池中。
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